JP6247607B2 - 接合距離測定方法、接合強度評価方法、接合距離測定装置、および接合強度評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボンディング面とワイヤとの接合部の長さを測定する接合距離測定方法および接合距離測定装置、測定した接合部の長さ等から接合部の強度を評価する接合強度評価方法および接合強度評価装置に関する。

ワイヤボンディングの接合品質を評価するものとして、プルテストやシェアテストがある。プルテストは、荷重センサに取り付けられたフックをワイヤに引っ掛けた後、フックを上昇させてワイヤを引き剥がして、その際の荷重値を計測し、この荷重値で接合強度を評価する。シェアテストは、ワイヤと、ボンディングパット等のボンディング面との接合部をカッター等でせん断し、せん断時にカッターに加えられた荷重で接合強度を評価するものである。

これらのテストは破壊検査であるため、抜き取り検査しか実施することができず、全数検査を行なうことができない。このため、製品に不良が混入していないことを保証できないという問題があった。

そこで、非破壊検査として接合部の３Ｄ形状を評価することにより接合品質を評価する検査方法がある（特許文献１）。特許文献１のものは、良好な接続状態であるときの接合部でのワイヤ状態を基準として設定する。すなわち、良好な接続状態であるとき、接合部でワイヤは圧着されており、平面視において楕円形状となることが多い。この圧着部の幅や圧着部の形状を基準データとして設定した後、検査対象となるワイヤの接合部を撮影する。そして、撮影した画像を分析して、ワイヤの圧着部の幅や形状等が基準データの所定範囲内であれば良好な接合状態であると判定し、所定範囲外であれば不良な接合状態であると判定する。

特開平８−１１１４４５号公報

前記特許文献１のように画像処理を行って接合部を３Ｄ評価し、接合強度を評価する場合、距離画像を多値化して領域を生成し、その領域に基づいて評価を行うことが一般的である。このような方法では、ボンディング面が傾いている場合でも補正を行わないため、ワイヤの圧着部の幅や形状を正確に測定することはできない。仮に特許文献１に記載されたもので傾き補正を行うと、処理が複雑になる。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、接合部の長さを簡単で正確に測定できる接合距離測定方法および接合距離測定装置、接合部の強度を簡単で正確に評価できる接合強度評価方法および接合強度評価装置を提供しようとするものである。

本発明の接合距離測定方法は、ボンディング面とワイヤとがウェッジボンディングにて接合された接合部の長さを測定する接合距離測定方法であって、前記ボンディング面と平行な面を基準面として、前記基準面から、所定高さ上方にシフトした仮想面を生成して、ボンディング面領域で、前記基準面と前記仮想面とで挟まれたワイヤ部分のうち、前記基準面とのワイヤ先端側の接触点から、前記仮想面とのワイヤ先端側の接触点までの平面視における長さを、接合部の長さとするものである。

ワイヤとボンディング面とがウェッジボンディングにて良好に接合されている場合、接合部においてワイヤは圧着されており、圧着部からワイヤが立ち上がる。すなわち、圧着部ではワイヤ高さは最も低くなっている。このため、ワイヤのうち、ある一定の高さ以下の部分を圧着部であるとして、この長さを接合部の長さとする。

前記構成において、ボンディング面とワイヤとの接合部の画像を取得して、前記画像に基づいて、ボンディング面領域とワイヤ領域とを抽出することができる。

前記仮想面の前記基準面からのシフト量は、ワイヤ太さとすることができる。

本発明の接合強度評価方法は、前記本発明の接合距離測定方法により接合部の長さを求め、求められた長さに基づいて接合部の接合強度を評価するものである。すなわち、前記方法で求めた接合部の長さを、接合品質を評価する基準とする。この接合部の長さに加え、さらに接合部の平面視における面積及び／又は接合部の長さ以外の寸法情報に基づいて接合部の接合強度を評価することもできる。

本発明の接合距離測定装置は、ボンディング面とワイヤとがウェッジボンディングにて接合された接合部の長さを測定する接合距離測定装置であって、ボンディング面とワイヤとの接合部の画像を取得する撮像手段と、前記画像において、ボンディング面領域を抽出する抽出手段と、前記ボンディング面と平行な面を基準面とするとともに、前記基準面から、所定高さ上方にシフトした仮想面を生成する解析手段と、ボンディング面領域で、前記基準面と前記仮想面とで挟まれたワイヤ部分のうち、前記基準面との先端側の接触点から、前記仮想面との先端側の接触点までの平面視における長さを測定する測定手段とを備えたものである。

本発明の接合強度評価装置は、前記本発明の接合距離測定装置により接合部の長さを求め、求められた長さに基づいて接合部の接合強度を評価する評価手段を備えたものである。この接合部の長さに加え、さらに接合部の平面視における面積及び／又は接合部の長さ以外の寸法情報に基づいて接合部の接合強度を評価することもできる。

本発明では、ボンディング面と平行な面を基準面として、この基準面を基準として接合部の長さを測定することにより、接合部の長さを実際に測定しなくても、実際の接合部長さとほぼ同様の接合部長さを割り出すことができる。また、ボンディング面が傾いていても補正することができる。このように、本発明は、簡単で正確に接合部の長さを測定することができ、接合部の強度を評価することができる。

本発明の接合距離測定装置を示すブロック図である。 本発明の接合距離測定装置の撮像手段により生成した全焦点画像である。 本発明の接合距離測定装置の撮像手段により生成した全焦点画像である。 本発明の接合距離測定装置の撮像手段により生成した距離画像である。 前記図４の距離画像の断面図である。 前記図４の距離画像の断面図である。 本発明の接合強度評価装置を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。

本発明の接合距離測定装置は、電子部品や回路基板の端子などのパターン部分にウェッジボンディングにより接合されたワイヤと、接合面であるボンディング面との接合部の長さを測定するものである。ここで「接合部の長さ」とは、ワイヤとボンディング面とが接触している部分の長さをいう。また、ウェッジボンディングとは、ウェッジツールを用いて行うワイヤボンディング方法であり、超音波振動するウェッジツール先端で、ボンディングワイヤを被接合部に押し付け、超音波振動と荷重とにより接合するワイヤボンディング方法である。

ワイヤＷは、図２〜図４に示すように、その両端部がボンディング面に接合されて接合部１０ａ、１０ｂを形成している。すなわち、一方のアイランド１１ａ上にはチップ１２が設けられ、さらにチップ１２上にパッド１３が設けられている。このパッド１３上面にワイヤＷの一端部がウェッジボンディングにより接合されており、ワイヤＷとパッド１３上面との接合部位が一方の接合部１０ａとなる。接合部１０ａでは、パッド１３上面がボンディング面となる。また、他方のアイランド１１ｂにワイヤＷの他端部が接合されており、ワイヤＷとアイランド１１ｂとの接合部位が他方の接合部１０ｂとなる。接合部１０ｂでは、アイランド１１ｂ上面がボンディング面となる。

図１に示すように、接合距離測定装置１は、撮像手段２と、抽出手段３と、解析手段４と、測定手段５とを備えている。撮像手段２はＣＣＤカメラ等からなり、接合部１０ａ、１０ｂを含む画像を取得するとともに、画像から全焦点画像を生成したり、距離情報から距離画像を生成したりする。全焦点画像とは、全てのピクセルにおいてフォーカスが合っている画像をいい、撮像系と物体の距離を連続的に変化させて画像を複数枚撮影し、１画素ごとにフォーカスを評価し、画像の撮影位置から３次元情報を復元したものである。複数撮影した画像から全焦点画像を生成することもできる。また、距離画像とは、撮像手段２からの距離に応じた画素値を与えた画像である。

抽出手段３と、解析手段４と、測定手段５は、後述するように、撮像手段２で撮影した画像に基づいて、接合部１０ａ、１０ｂの長さを求めるものであり、これらは図示省略のコンピュータに設けられている。

本発明の接合距離測定装置１を使用して接合部１０ａの長さを求める接合距離測定方法は次のようになる。まず、撮像手段２により、接合部１０ａおよびその近傍を撮像範囲（本実施形態では、図２や図３に示す範囲）として画像を取得する。この画像から、撮像手段２は、図２及び図３に示すような全焦点画像を生成する。撮像手段２は全焦点画像の生成とともに、図４に示すような距離画像も生成する。

図２及び図３のような全焦点画像及び図４のような距離画像が生成されると、抽出手段３は、図２に示すように、全焦点画像からボンディング面領域Ａ１（この場合パッド１３領域）を抽出する。すなわち、図２において太線で囲まれた領域Ａ１を抽出する。さらに、抽出手段３は、図３に示すように、抽出したパッド領域Ａ１からワイヤ領域Ａ２を抽出する。すなわち、図３において太線で囲まれた領域Ａ２を抽出する。抽出手段３による領域の抽出方法は、マッチング、２値化、ティーチング等種々の方法とすることができる。

次に、解析手段４はボンディング面と平行な面を求める。すなわち、図４の距離画像から、パッド領域Ａ１とワイヤ領域Ａ２との差領域Ａ３（図４のハッチングの領域）を求める。そして、解析手段４は、図５の距離画像の断面図に示すように、差領域Ａ３の近似平面を求め、この近似平面を基準面Ｓ１とする。さらに、解析手段４は、基準面Ｓ１からワイヤ太さＤだけ上方にシフトした仮想面Ｓ２を生成する。

測定手段５は、図６に示すように、パッド領域Ａ１において、基準面Ｓ１と仮想面Ｓ２とで挟まれたワイヤ部分（図６のハッチング部分）のうち、基準面Ｓ１とのワイヤ先端側の接触点Ｏ１から、仮想面Ｓ２とのワイヤ先端側の接触点Ｏ２までの平面視における長さＬを接合部１０ａの長さとする。

ワイヤＷとパット１３とがウェッジボンディングにて良好に接合されている場合、図５や図６に示すように接合部１０ａにおいてワイヤＷは圧着されており、圧着部からワイヤＷが立ち上がっている。すなわち、圧着部ではワイヤ高さは最も低くなっている。このため、本発明は、ワイヤのうち、ある一定の高さ以下の部分が圧着部であるとして、この長さを接合部１０ａの長さとするものである。

このようにすると、接合部１０ａの長さを実際に測定しなくても、実際の接合部長さとほぼ同様の接合部長さを割り出すことができる。また、パッド上面が傾いていても補正することができる。従って、本発明は、簡単で正確に接合部１０ａの長さを測定することができる。

図７は、本発明の接合強度評価装置２０を示す。接合強度評価装置２０は、前記本発明の接合距離測定装置１に、さらに評価手段２１を備えたものである。評価手段２１は、接合部１０ａの長さと、接合部１０ａの平面視における面積と、接合部１０ａの長さ以外の寸法情報に基づいて、接合部１０ａの接合強度を評価するものである。

本発明の接合強度評価装置２０を使用して接合部１０ａの強度を求める接合強度評価方法は次のようになる。すなわち、前記測定手段５により接合部１０ａの長さが求められると、評価手段２１は、接合品質を評価する基準として、接合部１０ａの長さの長短で接合強度を評価する。例えば、接合部１０ａの長さが所定長さ以上であれば接合強度が十分であると評価したり、複数の接合部の長さを比較して、接合部が長いと接合強度がより高いと相対評価したりする。また、シフトさせた基準面Ｓ２とワイヤ部の交線は、平面視したときの接合部１０ａと、接合部１０ａから立ち上がる空中のワイヤ部分との境界線となる。このため、接合部１０ａの長さに加え、ワイヤ先端部から境界線までの接合部１０ａの平面視における面積と、接合部１０ａの長さ以外の寸法情報（例えば図６の紙面に対して垂直な方向の接合部１０ａの幅）に基づいて、接合部１０ａの接合強度を評価する。このようにすれば、簡単で正確に接合部１０ａの強度を評価することができる。なお、図７に示す接合強度評価装置２０において、図１に示す接合距離測定装置１と同一の構成については、図１と同一符号を付してその説明を省略する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では仮想面Ｓ２は、基準面Ｓ１よりワイヤ太さＤ上方にシフトした位置に設定したが、仮想面Ｓ２の基準面Ｓ１からのシフト量としては、任意に設定することができる。基準面Ｓ１も正負方向（上下方向）にシフトすることができる。また、実施形態では、ボンディング面と平行な面（基準面）の生成方法は、ボンディング面領域とワイヤ領域との差領域の近似平面としたが、これに限られない。すなわち、基準面はボンディング面と平行であればよく、チップ面としたり、ワイヤを含んだボンディング面としたり、ワイヤ・ボンディング面・チップ面の全てを含んだ領域等の近似平面としたりすることができる。さらに、これらの近似平面をシフトさせた平面を基準面としてもよい。接合部１０ａの接合強度の評価は、接合部１０ａの長さのみに基づくものとしたり、接合部１０ａの長さと、接合部１０ａの平面視における面積に基づくものとしたり、接合部１０ａの長さと、接合部１０ａの長さ以外の寸法情報に基づいて評価するものとしたりできる。実施形態では、図２や図３は全焦点画像としたが、全焦点画像に限られない。撮像手段２は、ＣＣＤカメラに限られず、ＣＭＯＳカメラ等種々のものを採用することができる。

１ 接合距離測定装置
２ 撮像手段
３ 抽出手段
４ 解析手段
５ 測定手段
１０ 接合部
２０ 接合強度評価装置
２１ 評価手段
Ａ１ パッド領域
Ａ２ ワイヤ領域
Ａ３ 差領域
Ｄ ワイヤ太さ
Ｏ１ 接触点
Ｏ２ 接触点
Ｓ１ 基準面
Ｓ２ 仮想面
Ｗ ワイヤ

Claims (8)

1. ボンディング面とワイヤとがウェッジボンディングにて接合された接合部の長さを測定する接合距離測定方法であって、
   前記ボンディング面と平行な面を基準面として、
   前記基準面から、所定高さ上方にシフトした仮想面を生成して、
   ボンディング面領域で、前記基準面と前記仮想面とで挟まれたワイヤ部分のうち、前記基準面とのワイヤ先端側の接触点から、前記仮想面とのワイヤ先端側の接触点までの平面視における長さを、接合部の長さとすることを特徴とする接合距離測定方法。
2. ボンディング面とワイヤとの接合部の画像を取得して、前記画像に基づいて、ボンディング面領域とワイヤ領域とを抽出することを特徴とする請求項１の接合距離測定方法。
3. 前記仮想面の前記基準面からのシフト量は、ワイヤ太さであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接合距離測定方法。
4. 前記請求項１〜請求項３のいずれかの接合距離測定方法により接合部の長さを求め、求められた長さに基づいて接合部の接合強度を評価することを特徴とする接合強度評価方法。
5. 前記接合部の長さに加え、さらに接合部の平面視における面積及び／又は接合部の長さ以外の寸法情報に基づいて接合部の接合強度を評価することを特徴とする請求項４に記載の接合強度評価方法。
6. ボンディング面とワイヤとがウェッジボンディングにて接合された接合部の長さを測定する接合距離測定装置であって、
   ボンディング面とワイヤとの接合部の画像を取得する撮像手段と、
   前記画像において、ボンディング面領域を抽出する抽出手段と、
   前記ボンディング面と平行な面を基準面とするとともに、前記基準面から、所定高さ上方にシフトした仮想面を生成する解析手段と、
   ボンディング面領域で、前記基準面と前記仮想面とで挟まれたワイヤ部分のうち、前記基準面との先端側の接触点から、前記仮想面との先端側の接触点までの平面視における長さを測定する測定手段とを備えたことすることを特徴とする接合距離測定装置。
7. 前記請求項６に記載の接合距離測定装置により接合部の長さを求め、求められた長さに基づいて接合部の接合強度を評価する評価手段を備えたことを特徴とする接合強度評価装置。
8. 前記接合部の長さに加え、さらに接合部の平面視における面積及び／又は接合部の長さ以外の寸法情報に基づいて接合部の接合強度を評価することを特徴とする請求項７に記載の接合強度評価装置。

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